JPH03273611A - Ｘ線リソグラフィ用マスクおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は半導体装置の製造等に用いられるリソグラフィ
用マスクに関し、特にサブミクロンＵＬＳＩの微細化に
対応できるＸ線リソグラフィ技術に不可欠なＸ線リソグ
ラフィ用マスクおよびその製造方法に関する。

［従来の技術］ Ｘ線リソグラフィは従来のフォトリソグラフィに比べて
高解像度であり、更に単層レジストプロセスが利用でき
るため、高歩留まりのＬＳＩ生産が期待できる。Ｘ線リ
ソグラフィ技術の開発タゲットには大きく分類して、■
Ｘ線源、■アラインメツト機構、■Ｘ線リソグラフィ用
マスクがある。Ｘ線マスクはＸ線リソグラフィにおいて
基本となる技術であり、さかんに研究開発が進められて
いる。

Ｘ線マスクは、軽元素（Ｓｉ、ＳｉＮ、ＢＮ。

ｓ　ｉｃ、ポリイミド等）からなるメンブレン（Ｘ線透
過自己支持膜〉、重金属のＸ線吸収体パターンおよびそ
れらを支える支持体で構成されている。

このＸ線マスクには、 ■Ｘ線透過体の線吸収係数が小ざい ■マスク金属のＸ線透過率が低い ■Ｘ線照射ダメージが小さい ■内部応力が低い 等のことが要求される。

第３図は、従来の代表的なＸ線マスクの構造を示したも
ので、シリコンウェハ３１上にメンブレンとして約２μ
ｓ厚に窒化珪素（ＳｉＮ）膜３２を形成した基板に、Ｘ
線吸収体としてタングステン（Ｗ）膜をスパッタ等によ
り０．５〜１．５１ｊ！ｎ厚形成している。このＷ膜を
ドライエツチングすることによりＷパターン３３を形成
し、Ｘ線マスクを作製している。しかし上記のようなマ
スクは、前記のマスクに要求される性質の全てを満たす
ものではなく、後述するように問題も多い。

一方、前記の要求をかなり満たしている材料と考えられ
るダイヤモンドを用いてＸ線マスクを作製した例（特開
昭５８−２０４５３４号公報）がある。ダイヤモンドは
周知のように、既知材料中で最も熱伝導率の大きな物質
の一つであり、これをメンブレンとして使用することに
より、膜上に形成されたＸ線吸収体がＸ線を吸収した際
に生ずる熱を速やかに系外に放出することができる。従
ってＸ線リソグラフィに伴うマスクの温度上昇を低く抑
えることが可能になり、この結果、熱膨張によるパター
ンの位置ずれを最小に抑えることができる。

また可視光透明な＠膜であるため、マスクの目合わせに
日ｅ−Ｎｅレーザ等の可視領域の光を用いることができ
る等の利点がある。またダイヤモンドは機械的強度にも
優れるため、薄い膜厚でも対応でき、Ｘ線透過率の高い
メンブレンとして使用することができる。

第４図は、ダイヤモンド膜をメンブレンとして用いてい
る特開昭５８−２０４５３４＠公報に記述されているＸ
線マスクの構造を示したもので、シリコンウェハ４１上
にメンブレンとして約２即厚にダイヤモンド膜４２を形
成した基板にチタン（Ｔ　ｉ　）層４３を蒸着により０
．０１１ｍ形成し、この上に吸収体として約０．５ｊ７
ＪＩ厚の金パターン４４を形成し、Ｘ線マスクを作製し
ている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら従来の代表的なＸ線マスクではメンブレン
のＸ線透過率があまり高くないため、メンブレンと吸収
体のＸ線透過率の差が小さくなり、メンブレンと吸収体
のコントラストが悪くなってしまうという欠点がある。

また、メンブレンとしては丈夫であることが要求される
が、従来の窒化膜は耐圧性に乏しく、機械的強度にも乏
しいため、強度をかせぐためには膜厚を厚くしなければ
ならない。ところが膜厚を厚くすると透過率は低くなっ
てしまうといったように不都合な点が多い。また、メン
ブレンである窒化膜はＸ線照射ダメージが大きく、ダメ
ージによる膜の伸縮はマスクの変形を引き起こすことに
なる。

また、従来のダイヤモンド膜を用いたＸ線マスクの構造
では、メンブレンであるダイヤモンド膜の内部応力（圧
縮応力〉が大きく、支持体（シリコンウェハ）をエツチ
ングにより除去するとダイヤモンド膜が圧縮応力のため
に変形してしまうという問題もあり、メンブレンに必要
な張り（引っ張り応力１〜５　ｘ　１０−Ｂ　ｄｙｎｅ
／ｃｍ２　）が得られない。

メンブレンの張りはマスクの目合わせ精度に影響を及ぼ
すため、従来のものでは実際のＸ線リソグラフィには対
応できにくい。また、従来のものはダイヤモンド膜の上
にチタンを蒸着しているため、ダイヤモンド膜自身が可
視光透明であっても、その特性を十分に生かせていない
等の問題があった。

本発明の目的は、上記の課題を解決して、高熱伝導性で
機械的強度およびＸ線透過率の高いＸ線透過体を用いた
Ｘ線リソグラフィ用マスクおよびその製造方法を提供す
ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、所定のパターンを有するＸ線吸収体と、該Ｘ
線吸収体を支持するＸ線透過性薄膜と、該Ｘ線透過性薄
膜の辺端部を支持するシリコン製の枠とからなるＸ線リ
ソグラフィ用マスクにおいて、Ｘ線透過性薄膜がダイヤ
モンド膜からなることを特徴とするＸ線リソグラフィ用
マスクである。

また、その製造方法は、シリコン基板の一表面に熱膨張
係数がシリコンより大きい金属層を堆積する工程と、該
シリコン基板の他の表面にダイヤモンド膜を形成した後
、熱処理する工程と、該ダイヤモンド膜の表面に所定の
パターンを有するＸ線吸収体を形成する工程と、該Ｘ線
吸収体を保護した後、前記金属層および前記シリコン基
板の所定の領域を裏面側から除去する工程とを備えてな
ることを特徴とするか、あるいはホウ素をドープしたシ
リコン基板の表面にダイヤモンド膜を形成した後、熱処
理する工程と、該ダイヤモンド膜の表面に所定のパター
ンを有するＸ線吸収体を形成する工程と、該Ｘ線吸収体
を保護した後、前記シリコン基板の所定の領域を裏面側
から除去する工程とを備えてなることを特徴とする。

［作用］ 基板としてホウ素（Ｂ）をドープしたシリコンウェハを
用いることによって、基板自身に引っ張り応力が生じる
。その上にダイヤモンド膜を形成すると、ダイヤモンド
膜自身は圧縮応力を持つため、全体としてストレスが緩
和された形で膜が形成される。

また、シリコンウェハの裏面に熱膨張係数の大きい金属
を堆積することによっても基板自身に引っ張り応力が生
じる。その上にダイヤモンド膜を形成すると、ダイヤモ
ンド膜自身は圧縮応力を持つため、全体としてストレス
が緩和された形で膜が形成される。

以上のようにして内部応力の低いダイヤモンド膜を得る
ことができるか、このダイヤモンド膜をざらに非酸化性
または還元性雰囲気中で熱処理することにより、膜中の
不純物水素を解離させることができ、応力をさらに緩和
することが可能になる。このことにより、実際のＸ線リ
ソグラフィに対応できる、たるみのないメンブレンが実
現される。

以上のようにして作製したダイヤモンド膜上にＸ線吸収
係数の大きい重金属を堆積し、イオンミリング等の公知
の方法によりパターニングを行い、最後に裏面から基板
をメンブレンの部分だけ除去することにより、メンブレ
ンの部分はダイヤモンド膜の可視光透明性を保ったまま
で、メンブレンと吸収体のＸ線透過率のコントラストの
良いＸ線リソグラフィ用マスクを製造することができる
。

［実施例］ 次に本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明
する。

実施例１ 第１図は本発明によるダイヤモンド膜を用いたＸ線リソ
グラフィ用マスクの製造方法の一例を工程順に示したも
のである。

第１図において、裏面にタングステンまたはモリブデン
等のシリコンに比べて熱膨張係数の大きな金属層１１を
スパッタにより堆積したシリコンウェハ１２上に（第１
図（ａ））、熱フイラメントＣＶＤ法等の公知の方法に
よりダイヤモンドＷＡ１３を約１珈形成した（第１図（
ｂ））。続いて該ダイヤモンド膜１３を非酸化性雰囲気
中、望ましくはアルゴンガス中で加熱する。このときの
加熱条件は２００〜６００℃の温度範囲で約４０〜６０
分間が適当であった。このようにして内部応力の小さい
ダイヤモンド膜を得ることが可能となった。

次いで該ダイヤモンド膜１３の上に、真空蒸着あるいは
スパッタ等の方法を用いて厚さ約０．８ＩＪ！ｒＩにタ
ングステンまたはタンタル等のＸ線吸収体層１４を形成
した（第１図（Ｃ））。この吸収体層１４をイオンミリ
ングにより所望の形状にパターニングし（第１図（ｄ）
）、パターン形成した面にレジスト１５を塗布してパタ
ーンを保護しておく（第１図（ｅ））。

その後、裏面からシリコンウェハ１２を弗硝酸によりメ
ンブレンとしたい部分だけ除去しく第１図（ｆ））、最
後にレジスト１５を取り除くことによってマスクを得た
く第１図（ｇ））。

実施例２ 第２図は本発明によるダイヤモンド膜を用いたＸ線リソ
グラフィ用マスクの製造方法の別の一例を工程順に示し
たものである。

第２図において、イオンブレーティングによりホウ素を
ドープしたシリコンウェハ２２上に（第２図（ａ））、
熱フイラメントＣＶＤ法等の公知の方法によりダイヤモ
ンド膜２３を約１ｕＩｌｉ形威した（第２図（ｂ））。

続いて該ダイヤモンド膜２３を非酸化性雰囲気中、望ま
しくはアルゴンガス中で加熱する。

このときの加熱条件は２００〜６００℃の温度範囲で約
４０〜６０分間が適当であった。このようにして内部応
力の小さいダイヤモンド膜を得ることが可能となった。

次いで該ダイヤモンド膜２３の上に、真空蒸着あるいは
スパッタ等の方法を用いて厚さ約０．８朔にタングステ
ンまたはタンタル等のＸ線吸収体層２４を形成した（第
２図（Ｃ））。この吸収体層２４をイオンミリングによ
り所望の形状にパターニングしく第２図（ｄ））、パタ
ーン形成した面にレジスト２５を塗布してパターンを保
護しておく（第２図（ｅ））。

その後、裏面からシリコンウェハ２２を弗硝酸によりメ
ンブレンとしたい部分だけ除去しく第２図（ｆ））、最
後にレジスト１５を取り除くことによってマスクを得た
く第２図（ｇ））。

このように、内部応力の低いダイヤモンド膜を製造する
ことにより、たるみのないメンブレンを実現することが
できた。さらにメンブレンの部分はダイヤモンド単体で
あるので、可視光透明でマスク０合わせの容易なＸ線リ
ソグラフィ用マスクを可能にした。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、高熱伝導性で機
械的強度、Ｘ線透過率が高く、かつＸ線照射ダメージの
小さいＸ線リソグラフィ用マスクを製造することが可能
となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるＸ線リソグラフィ用マスクの製造
方法の一例を工程順に示す工程図、第２図は本発明によ
るＸ線リソグラフィ用マスクの製造方法の別の一例を工
程順に示す工程図、第３図は従来技術によるＸ線リソグ
ラフィ用マスクの断面図、第４図は従来技術によるダイ
ヤモンド膜を用いたＸ線リソグラフィ用マスクの断面図
である。 １１・・・金属層 １２、２２．３１．４１・・・シリコンウェハ１３、２
３．４２・・・ダイヤモンド膜１４、２４・・・Ｘ線吸
収体層 １５、２５・・・レジスト ３２・・・窒化珪素膜 ３３・・・タングステンパターン ４３・・・チタン層 ４４・・・金パターン 第１図 （０１ 量ｚ＝と＝二＝＝Σ＝２］２２シリコンウニへ↓ 第２図 ↓ ↓ 第４図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定のパターンを有するＸ線吸収体と、該Ｘ線吸
   収体を支持するＸ線透過性薄膜と、該Ｘ線透過性薄膜の
   辺端部を支持するシリコン製の枠とからなるＸ線リソグ
   ラフィ用マスクにおいて、Ｘ線透過性薄膜がダイヤモン
   ド膜からなることを特徴とするＸ線リソグラフィ用マス
   ク。
2. （２）シリコン基板の一表面に熱膨張係数がシリコンよ
   り大きい金属層を堆積する工程と、該シリコン基板の他
   の表面にダイヤモンド膜を形成した後、熱処理する工程
   と、該ダイヤモンド膜の表面に所定のパターンを有する
   Ｘ線吸収体を形成する工程と、該Ｘ線吸収体を保護した
   後、前記金属層および前記シリコン基板の所定の領域を
   裏面側から除去する工程とを備えてなることを特徴とす
   るＸ線リソグラフィ用マスクの製造方法。
3. （３）ホウ素をドープしたシリコン基板の表面にダイヤ
   モンド膜を形成した後、熱処理する工程と、該ダイヤモ
   ンド膜の表面に所定のパターンを有するＸ線吸収体を形
   成する工程と、該Ｘ線吸収体を保護した後、前記シリコ
   ン基板の所定の領域を裏面側から除去する工程とを備え
   てなることを特徴とするＸ線リソグラフィ用マスクの製
   造方法。